(57)【要約】【課題】異常パターンの弁別性を向上した欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供する。【解決手段】光源と、干渉制御部と、検査装置本体と、を備えた欠陥検査装置が提供される。前記光源は、可干渉光を放射する。前記干渉制御部は、分散部と、選択部とを有し、前記光源から放射された光の可干渉性を制御して、照明光として出力する。前記検査装置本体は、前記照明光を被検査体に形成されたパターンに照射して、前記被検査体の欠陥を検査する。前記光源から放射された光の進行方向を第１の方向とし、前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向としたとき、前記分散部は、前記光源から放射された光を波長に応じて前記第２の方向に拡張して波長分散させる。前記選択部は、前記分散部により波長分散された光を選択的に透過させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可干渉光を放射する光源と、
前記光源から放射された光の可干渉性を制御して、照明光として出力する干渉制御部と、
前記照明光を被検査体に形成されたパターンに照射して、前記被検査体の欠陥を検査する検査装置本体と、
を備え、
前記干渉制御部は、
前記光源から放射された光の進行方向を第１の方向とし、前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向としたとき、
前記光源から放射された光を波長に応じて前記第２の方向に拡張して波長分散させる分散部と、
前記分散部により波長分散された光を選択的に透過させる選択部と、
を有する欠陥検査装置。
【請求項２】
前記干渉制御部は、前記光源から放射された光の波長幅を制御する請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記干渉制御部は、前記光源から放射された光のスペクトル純度を制御する請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記分散部は、プリズムを有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記選択部は、前記分散部により波長分散された光を透過させる前記第２の方向に沿った透過幅を制御する請求項１〜４のいずれか１つに記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
照明光を被検査体に形成されたパターンに照射して、前記被検査体の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
干渉性が相対的に高く制御された前記照明光を被検査体に形成されたパターンに照射して、前記被検査体の欠陥を検査し、
干渉性が相対的に低く制御された前記照明光を被検査体に形成されたパターンに照射して、前記被検査体の欠陥が検出された位置を特定する欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化と大容量化に伴い、半導体素子に関する回路線幅は、世代が進むごとに狭くなってきている。そのため、ＬＳＩ製造において使用されるマスクの検査においては、検出すべき欠陥が微細化している。しかし、一般的な微細パターンの光学分解能は、レーリーの分解能で示されるように照明光の波長程度である。したがって、波長以下の微細パターンを検出するために、特殊な照明法や、それぞれの欠陥に特化した画像処理アルゴリズムの改良が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３６１０４３号公報
【０００４】
【非特許文献１】N.Kikuiri ほか、Development of Advanced Reticle Inspection Apparatus for hp 65nm-node device and beyond,  Proc. of SPIE  vol 6283, 62800Y(2006)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、異常パターンの弁別性を向上した欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、光源と、干渉制御部と、検査装置本体と、を備えた欠陥検査装置が提供される。前記光源は、可干渉光を放射する。前記干渉制御部は、分散部と、選択部とを有し、前記光源から放射された光の可干渉性を制御して、照明光として出力する。前記検査装置本体は、前記照明光を被検査体に形成されたパターンに照射して、前記被検査体の欠陥を検査する。前記光源から放射された光の進行方向を第１の方向とし、前記第１の方向に垂直な方向を第２の方向としたとき、前記分散部は、前記光源から放射された光を波長に応じて前記第２の方向に拡張して波長分散させる。前記選択部は、前記分散部により波長分散された光を選択的に透過させる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る欠陥検査装置を例示する模式図である。
【図２】光源から放射される可干渉性を有する光のスペクトルを例示する特性図である。
【図３】分散部における波長分散の原理を説明する断面図である。
【図４】可干渉性の制御原理を説明する特性図である。
【図５】被検査体を例示する断面図及び欠陥検査装置により得られる検査パターンを例示する平面図である。
【図６】第２の実施形態に係る欠陥検査装置を例示する模式的断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る欠陥検査方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の形状や縦横の寸法の関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００９】
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る欠陥検査装置を例示する模式図である。
欠陥検査装置１は、可干渉光を放射する光源２と、光源２から放射された光ＩＬ１の可干渉性を制御する干渉制御部３と、検査装置本体４と、を備えている。欠陥検査装置１は、干渉制御部３から出力される照明光ＯＬ１を被検査体５に形成されたパターンに照射して、被検査体５の欠陥を検査する欠陥検査装置である。
【００１０】
光源２は、例えばレーザであり、可干渉性を有する光（コヒーレント光）ＩＬ１を放射する。放射される光ＩＬ１の波長を短くすると、より微細な欠陥を検出することができる。また、短波長域の光源には、輝度を確保するために、コヒーレント光源を使用することができる。
【００１１】
光源２は、可干渉性を有する光ＩＬ１を放射できればよく、基本波または高調波を放射する単一のレーザや、複数のレーザを組み合わせてもよい。例えば、紫外領域のコヒーレント光は、レーザー光を波長変換により短波長化したものを用いることができる。
例えば、工業用に多用されるＮｄ：ＹＡＧレーザの１０６４ｎｍのコヒーレント光の２倍高調波を発生させることにより、５３２ｎｍのコヒーレント光が得られる。またさらに、５３２ｎｍのコヒーレント光の２倍高調波を発生させることにより、波長２６６ｎｍのコヒーレント光が得られる。
【００１２】
基本波のスペクトル構造としては、単一縦モードのレーザー光よりも多重縦モードのレーザー光を用いるとよい。例えば、光源２が、基本波の高調波、または複数の基本波の和周波数のコヒーレント光を発生する場合、光源２から放射される光ＩＬ１は、基本波の縦モードのそれぞれの和周波数を含む複雑なスペクトル構造を有し、波長幅が広がることがある。さらに、弱く広がったスペクトルをバックグランドとして、強い線スペクトルを含むスペクトル構造を有することがある。
【００１３】
図２は、光源から放射される可干渉性を有する光（コヒーレント光）のスペクトルを例示する特性図である。
図２においては、１０６４ｎｍのレーザ光を波長変換により２６６ｎｍに短波長化して発生させたコヒーレント光ＩＬ１のスペクトル構造を棒グラフで模式的に表している。
主なスペクトル構造は、波長２６６ｎｍを中心にした波長幅０．１ｐｍ内にあるが、基本波の縦モードの和周波数のスペクトルが発生し、また基本波のスペクトル構造を反映して、全体のスペクトルは、１００ｐｍに広がっている。
【００１４】
このようなコヒーレント光ＩＬ１を照明光として用いると、純度の高いスペクトルをもつ光学系に比べて、検査のための取得画像のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）が低下することがある。一方で、純度の高いスペクトル構造を有し、波長幅の狭い照明光は、可干渉性が高く、スペックルノイズが出現して、画像の質を落とし、欠陥検出の妨げになることがある。
【００１５】
干渉制御部３は、光源２から放射されたコヒーレント光ＩＬ１を波長に応じて分散させる分散部６と、分散部６により波長分散された光ＩＬ２を選択的に透過させる選択部７と、を有している。干渉制御部３は、光源２から放射されたコヒーレント光ＩＬ１の可干渉性を制御する。なお、光源２から放射されたコヒーレント光ＩＬ１のビーム形状は、円形に限らず、楕円形でもよい。
【００１６】
分散部６は、例えばビームエキスパンダであり、二つのプリズム８、９を有する。光源２から放射される光ＩＬ１の進行方向を第１の方向とし、第１の方向に垂直な方向を第２の方向としたとき、分散部６は、光源２から放射された光ＩＬ１を、波長に応じて第２の方向に波長分散させる。例えば、光源２が楕円形のビーム形状の光を放射する場合は、ビーム形状の短軸方向を第２の方向とすることができる。図１においては、第１の方向と逆方向の軸をＺ軸とし、第２の方向の軸をＸ軸とし、Ｚ軸とＸ軸とに垂直な軸をＹ軸としている。以下の説明においては、方向を示すために適宜、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を用いる。
【００１７】
光源２から放射されたコヒーレント光ＩＬ１は、二つのプリズム８、９に導入され、ビーム経が第２の方向、すなわちＸ軸と並行な方向に拡大されて、コヒーレント光ＩＬ１とほぼ平行に出射される。なお、「ほぼ並行」とは、分散の影響で、出射角度が入射角度とわずかに異なることがあるからである。
【００１８】
図３は、分散部における波長分散の原理を説明する断面図である。
図３に表したように、分散部６ａは、二つの直角プリズム８ａ、９ａから構成される。また、分散部６ａには、図２に表した中心波長２６６ｎｍの光ＩＬ１が入射される。すなわち、図３の光路は、波長２６６ｎｍの光路である。
【００１９】
光源２から放射された光ＩＬ１は、一般的に直線偏光出力であり、最初の直角プリズム８ａに入射点Ａにおいて、ブリュースター角に等しい入射各θ１で入射すると、屈折角θ２で屈折する。また、直角プリズム８ａからの出射光ＩＬ３が出射面に対して垂直に出射するように直角プリズム８ａを作成すると、この直角プリズム８ａの頂角はθ２となる。
【００２０】
最初の直角プリズム８ａからの出射光ＩＬ３は、二つ目の直角プリズム９ａに入射点Ｂにおいて、入射各θ３で入射し、屈折角θ４で屈折する。ここで、二つの直角プリズム８ａ、９ａは、同じ屈折率を有する材料を用いた同じ形状とすることができる。このとき、θ１＝θ３、θ２＝θ４である。
【００２１】
したがって、二つめの直角プリズム９ａからの出射光ＩＬ２の光路は、入射光ＩＬ１の光路に対して平行である。出射高さｈは、入射点Ａ、Ｂとの機械的距離Ｌに対して一意的に定まり、ｈ＝Ｌ×ｓｉｎ（θ１−θ２）で表される。
屈折角θ２は、屈折の法則に基づく、波長の関数である。したがって、負の分散を持つ材料を直角プリズム８ａ、９ａに用いると、波長の短い成分が上側（−Ｘ方向）に出射し、波長の短い成分は下側（＋Ｘ方向）に出射する。また、石英などの正の分散の材料を用いると、長波長側が上（−Ｘ方向）、短波長側が下側（＋Ｘ方向）になる。
【００２２】
直角プリズム８ａ、９ａの材料を、例えばフッ化カルシウム（ＣａＦ２）とする。ＣａＦ２は、波長２６６ｎｍでは負の分散を持ち、上記のとおり、波長が短くなるほど、光路を示す部分の上部方向（−Ｘ方向）を通過し、出射高さｈが低くなる。
【００２３】
図４は、可干渉性の制御原理を説明する特性図である。
図４においては、スペクトル構造が図２に表したスペクトル構造を持つコヒーレント光ＩＬ１が、分散部６に入射された場合における、分散部６から出射される波長分散された光ＩＬ２の波長λに対する出射高さｈの依存性を表している。
このように、分散部６は、光源２から放射されたコヒーレント光ＩＬ１を、第２の方向（Ｘ方向または−Ｘ方向）に沿って波長分散する。
【００２４】
波長成分ごとの出射高さｈの上下のシフト量は小さく、完全に中心部のみの成分を分光するものではないが、例えば、出射高さｈとして、透過幅ＤＸに開口制限することにより、スペクトル中心から離れた成分がフィルターされ減少することがわかる。
【００２５】
再度図１に戻ると、選択部７は、分散部６から放射される波長分散された光ＩＬ２の一部を遮蔽し、光ＩＬ２の光軸近傍の一部を透過させる。選択部７は、矢印ＭＶで表したように第２の方向（Ｘ方向または−Ｘ方向）に移動可能に設けられ、光ＩＬ２を透過させる透過幅ＤＸは、選択部７により調整できる。
【００２６】
したがって、図４において説明したように、選択部７は、透過幅ＤＸを変化させることにより、透過させる光の波長分散を選択してスペクトル構造を制御することができる。選択部７を透過した光は、照明光ＯＬ１として、検査装置本体４に向けて出力される。
このように、干渉制御部３は、光源２から放射されたコヒーレント光ＩＬ１の可干渉性を制御して、照明光ＯＬ１として出力する。
【００２７】
なお、図１においては、選択部７が透過幅ＤＸを隔てて両側に、それぞれ第２の方向に沿って移動可能に設けられている。しかし、分散部６から放射される波長分散された光ＩＬ２の一部を透過させる第２の方向に沿った透過幅ＤＸが調整可能であればよく、選択部７のいずれか１つが第２の方向に移動可能な構成としてもよい。またさらに、選択部７は、透過幅ＤＸの片側のみに設けてもよい。例えば、選択部７として、第２の方向に移動可能なナイフエッジを用いることができる。
【００２８】
検査装置本体４は、照明光ＯＬ１を被検査体５に形成されたパターンに照射して、被検査体５の欠陥を検査する。
検査装置本体４は、照明光ＯＬ１を被検査体５に照射する照明部１０、被検査体５を介して照明光ＯＬ１を受光する受光部１１、受光部１１を介して受光した光ＯＬ２を画像データに変換して画像処理する画像処理部１２、を有する。
【００２９】
照明部１０は、可干渉性が制御された照明光ＯＬ１を被検査体５に形成されたパターンに集光して照射する。照明部１０は、光学系として、１つまたは複数のレンズなどで構成することができる。また、照明光ＯＬ１のプロファイル（パワー分布）を均一化するホモジナイザーを有してもよい。
【００３０】
受光部１１は、被検査体５に形成されたパターンにより屈折、回折した光を受光する。受光部１１は、光学系として、１つまたは複数のレンズなどで構成することができる。
画像処理部１２は、受光部１１を介して受光した光ＯＬ２を画像データに変換する光電気変換素子、変換された画像データを画像処理するデータ処理装置、画像処理したデータを検査パターンとして表示する表示装置などで構成することができる。なお、光電変換素子は、例えばＣＣＤであり、データ処理装置は、例えば１つまたは複数のＣＰＵである。
【００３１】
被検査体５は、図示しない支持台に、Ｘ軸及びＹ軸に沿って移動可能に置かれる。被検査体５は、例えば半導体製造で用いられるマスクであり、例えば立体的な形状で微小な凹凸があるマスク、またはレチクルである。
【００３２】
図５は、被検査体を例示する断面図及び欠陥検査装置により得られる検査パターンを例示する平面図である。図５（ａ）は、被検査体を例示する断面図であり、図５（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ可干渉性が相対的に低い場合と高い場合の検査パターンである。なお、図５（ｂ）、（ｃ）においては、欠陥検査装置１により得られる検査パターンを模式的、概念的に表している。
図５（ａ）に表したように、被検査体５には、主に周期的なパターン１３が形成されている。また、被検査体５に形成されたパターン１３には、欠陥１４がある。
【００３３】
このようなパターンに可干渉性の光を照射して、回折光または反射光などによりパターンを検査する場合、照射する光の可干渉性が高いほど検査対象であるパターンによる散乱や回折が強調される。しかし、照射する光の可干渉性が高くなると、細かい干渉パターン（スペックル）が発生し易くなり、干渉ノイズ（スペックルノイズ）が増加する。
【００３４】
パターンの形状が、一般的な微細パターンの光学分解能以上の場合、すなわち照射する光の波長よりも大きい場合は、可干渉性を低くして、干渉ノイズを小さく抑えて検査することができる。
また、パターン形状が、一般的な微細パターンの光学分解能以下の場合、すなわち照射する光の波長よりも小さい場合は、可干渉性を高くしてパターンによる散乱や回折を強調することにより、パターンの欠陥を検出することができる場合がある。この場合、可干渉性を高くすると干渉ノイズが増えるため、可干渉性を調整できることが望ましい。
【００３５】
図５（ｂ）に表したように、可干渉性を低く制御した照明光ＯＬ１を照射した場合は、通常の検査装置と同様に、被検査体５に形成されたパターン１３に対応する検査パターン１５が得られる。パターン１３の位置は特定できるものの、欠陥１４を検出することはできない。
【００３６】
しかし、図５（ｃ）に表したように、可干渉性を高く制御した照明光ＯＬ１を照射した場合は、被検査体５に形成されたパターン１３の特定はできなくなるが、欠陥１４を検出することができる。なお、図５（ｃ）においては、欠陥１４が検出されたことを図形１６により概念的に表している。すなわち、欠陥１４があるパターン１３の検査パターンは、欠陥のないパターン１３と異なる検査パターンが得られることを表示するものであり、図形１６が検査パターンとして得られることを意味しない。
【００３７】
例えば、被検査体５が立体構造であり、その壁面上に異物が存在するような欠陥に対して、可干渉性を高く制御した照明光ＯＬ１を照射した場合は、対象物からの散乱、干渉ノイズ発生し、正常な場合と異なる画像が取得される。その結果、異物を発見し欠陥を検出することができる。
【００３８】
このように、本実施形態においては、可干渉性が制御された照明光ＯＬ１を被検査体５ａに照射するため、異常パターンの弁別性を向上することができる。
【００３９】
次に第２の実施形態について説明する。
図６は、第２の実施形態に係る欠陥検査装置を例示する模式的断面図である。
図６に表したように、欠陥検査装置１ａは、上記の第１の実施形態に係る欠陥検査装置１と比較して、検査装置本体４の構成が異なっている。すなわち、本実施形態においては、第１の実施形態における検査装置本体４の替わりに、検査装置本体４ａが設けられている。本実施形態に係る欠陥検査装置の検査装置本体以外の構成は、図１に表した構成と同様である。
欠陥検査装置１ａは、干渉制御部３から出力される照明光ＯＬ１を被検査体５ａに形成されたパターンに照射して、被検査体５ａの欠陥を検査する欠陥検査装置である。
【００４０】
検査装置本体４ａは、第１の実施形態における検査装置本体４と比較して、照明部１０、受光部１１の構成、及びミラー１７とハーフミラー１９が追加されている点が異なる。
すなわち、検査装置本体４ａは、ミラー１７、照明部１８、ハーフミラー１９、受光部２０、画像処理部１２を有している。
【００４１】
ミラー１７は、干渉制御部３から出力された照明光ＯＬ１を反射して、照明光ＯＬ１をハーフミラー１９に入射する。照明部１８は。ハーフミラー１９で反射された照明光ＯＬ１を被検査体５ａに照射し、被検査体５ａからの反射光を集光する。受光部２０は、照明部１８で集光され、ハーフミラー１９を透過した被検査体５ａの反射光を受光する。画像処理部１２は、第１の実施形態における画像処理部１２と同様である。
【００４２】
このように、欠陥検査装置１ａは、被検査体５ａからの反射光を受光して被検査体５ａに形成されたパターンの欠陥を検査する。被検査体５ａが、照明光ＯＬ１を回折、散乱できない場合などに用いることができる。
【００４３】
本実施形態においても、干渉制御部３により光源２から放射されたコヒーレント光ＩＬ１の可干渉性を制御して、照明光ＯＬ１として被検査体５ａに照射するため、異常パターンの弁別性を向上することができる。
【００４４】
次に、第３の実施形態について説明する。
図７は、第３の実施形態に係る欠陥検査方法を例示するフローチャートである。
図７に表したように、欠陥検査方法においては、まず、被検査体５に照射する照明光ＯＬ１の可干渉性を相対的に高く制御する（ステップＳ１）。例えば、光源２から放射されるコヒーレント光ＩＬ１の波長分散を選択して可干渉性を相対的に高く制御する。例えば、選択部７における透過幅ＤＸを相対的に狭く制御する。
【００４５】
照明光ＯＬ１を被検査体５に照射して、欠陥を検出する（ステップＳ２）。例えば、画像処理部１２からえられた検査パターンに正常な場合と異なる検査パターンが有るか検査する。
【００４６】
欠陥が検出されない場合は終了する。
また、欠陥が検出された場合は、照明光ＯＬ１の可干渉性を相対的に低く制御する（ステップＳ３）。例えば、光源２から放射されるコヒーレント光ＩＬ１の波長分散を選択して可干渉性を相対的に低く制御する。例えば、選択部７における透過幅ＤＸを相対的に広く制御する。
【００４７】
照明光ＯＬ１を被検査体５に照射して、欠陥が検出された位置を特定する（ステップＳ４）。例えば、照明光ＯＬ１の可干渉性を通常用いられる程度に低く制御することにより、被検査体５に形成されたパターンの画像データとして検査パターンが得られるため、位置を特定することができる。
そして、位置を特定して欠陥検査は終了する。
【００４８】
なお、図７においては省略しているが、照明光ＯＬ１を照射する位置を変え、被検査体５の各位置について、上記の欠陥検査を行うことができる。
また、上記においては、図１の欠陥検査装置１を参照して欠陥検査方法について説明したが、図６の欠陥検査装置１ａを用いても良い。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１、１ａ…欠陥検査装置、  ２…光源、  ３…干渉制御部、  ４、４ａ…検査装置本体、  ５、５ａ…被検査体、  ６、６ａ…分散部、  ７…選択部、  ８、９…プリズム、  ８ａ、９ａ…直角プリズム、  １０、１８…照明部、  １１、２０…受光部、  １２…画像処理部、  １３…パターン、  １４…欠陥、  １５…検査パターン、  １６…図形、  １７…ミラー、  １９…ハーフミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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